一种立体搅拌式生物反应器及其实施方法与流程

本发明涉及一种生物反应器领域，尤其涉及一种立体搅拌式生物反应器及其实施方法。

背景技术：

1、现有技术中，生物制药和外泌体制取领域，细胞的培养多数使用培养皿置于培养箱内培养，局限于培养箱内有限的空间和培养皿的细胞贴壁面积，限制了细胞培养效率，同时，细胞培养箱占用地面宽，投入成本大，生产运营费用高，细胞产量低，而且不便针对细胞的外泌行为进行有效刺激。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种立体搅拌式生物反应器及其实施方法，要解决上述背景技术中提到的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种立体搅拌式生物反应器，包括控制主机、细胞反应器底座和立式反应器，所述控制主机内设有气体混合罐、细胞混合罐和加热器，所述细胞混合罐包括混合罐体，以及依次向上设置在混合罐体罐口上的密封垫片和混合罐盖板，所述混合罐盖板上设有除菌过滤器、搅拌电机和液体导出管，所述搅拌电机的转轴上同轴连接有搅拌轴，搅拌轴上设有搅拌叶片，搅拌轴和搅拌叶片设于混合罐体内部，所述液体导出管上设有液体分水器和蠕动泵，液体导出管一端深入至混合罐体底部，另外一端依次贯通连接液体分水器、蠕动泵和立式反应器；所述气体混合罐上设有混气三通阀和气体导出管，所述气体导出管上设有气体分气阀、气管固定器和过滤器，气体导出管上依次贯通连接气体分气阀、气管固定器、过滤器和立式反应器；所述立式反应器包括立式反应器罐体，设置在立式反应器罐体上的超声发生器，以及设置在立式反应器罐体内部的搅拌波轮，所述立式反应器罐体侧壁上设有圆形凹槽，超声发生器嵌合在圆形凹槽内；所述细胞反应器底座上设有磁力电动装置和固定支架，磁力电动装置上设有磁力叶片，磁力叶片和立式反应器固定在固定支架上，磁力叶片与搅拌波轮磁性连接。

4、进一步的，所述控制主机上还设有数字显示屏，控制按键和电源指示灯；所述细胞反应器底座上设有转速显示屏和调速旋钮。

5、更进一步的，所述除菌过滤器与混合罐体内部贯通连接，除菌过滤器与混合罐盖板连接处密封连接。

6、更进一步的，所述液体导出管与混合罐体内部贯通连接，液体导出管与混合罐盖板连接处密封连接。

7、更进一步的，所述混气三通阀、气体导出管均和气体混合罐贯通连接，混气三通阀、气体导出管与气体混合罐的连接处均为密封连接。

8、一种立体搅拌式生物反应器的实施方法，包括以下步骤：

9、步骤1，对细胞混合罐和载体进行灭菌处理，将载体、细胞和培养基置于细胞混合罐内，打开并设置好加热器的温度，同时通过混气三通阀调整好进入气体混合罐内的三种气体的比例为正常氧气浓度；

10、步骤2，开启搅拌电机将载体、细胞和培养基充分混合，使细胞贴附于载体上；

11、步骤3，打开蠕动泵将混合好的载体、细胞和培养液混合物通过液体导出管经过液体分水器按照设定的体积进入到立式反应器中；同时将在气体混合罐中混合好的气体通过气体导出管，经过气体分气阀和过滤器导入到立式反应器中；

12、步骤4，启动细胞反应器底座上的调速旋钮调节磁力电动装置上磁力叶片的旋转速度，进而带动立式反应器内搅拌波轮的转动；立式反应器中的细胞在搅拌波轮的带动下进行立体培养；

13、步骤5，培养一段时间后，细胞在载体表面不断增殖到达极限数量，细胞总数量不在增长，调节混气三通阀，降低氧气含量到低氧状态，同时打开超声发生器并将其嵌于涂有耦合剂的立体反应器上的圆形凹槽内，给予其中的细胞物理刺激，等待一定时间后，收取立式反应器中的培养基上清液，经过离心分离得到外泌体。

14、进一步的，步骤1中灭菌处理的方法为：取出细胞混合罐，其所有管口用洁净布包紧，于高压蒸汽灭菌装置中121℃，时间为30min；载体使用辐照灭菌，辐射剂量为12kgy。

15、更进一步的，步骤1中细胞为3*108个骨髓间充质干细胞，培养基为2l alpha-mem完全培养基，载体为20g。

16、更进一步的，步骤1中加热器的设置温度为37℃，经过混气三通阀混合后的气体中co2体积浓度为5% ，o2体积浓度为21%；步骤2中开启搅拌电机将载体、细胞和培养基充分混合，使细胞贴附于载体上的方法为：开动搅拌电机5rpm慢速搅拌4小时后，正常速度30rpm搅拌。

17、更进一步的，步骤4中磁力叶片转速调整至40rpm，立体培养时间为5天。

18、与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

19、本发明设备投资小，结构合理紧凑，占用场地小、生产运行成本低，同时通过设置气体混合罐，能够自由调节气体组分，模拟低氧和正常氧气浓度条件，通过设置磁力电动装置、磁力叶片和搅拌波轮，创造立式反应环境，并且能够对细胞提供超声波物理刺激，有利于细胞外泌体的产生，达到低成本，高产量的目的，具有安全、适用等特点，有很好的推广和实用价值，广泛的推广应用后会产生良好的经济效益。

技术特征：

1.一种立体搅拌式生物反应器，包括控制主机(29)、细胞反应器底座(36)和立式反应器(19)，其特征在于：所述控制主机(29)内设有气体混合罐(1)、细胞混合罐(8)和加热器(27)，所述细胞混合罐(8)包括混合罐体(16)，以及依次向上设置在混合罐体(16)罐口上的密封垫片(14)和混合罐盖板(13)，所述混合罐盖板(13)上设有除菌过滤器(4)、搅拌电机(6)和液体导出管(5)，所述搅拌电机(6)的转轴上同轴连接有搅拌轴(18)，搅拌轴(18)上设有搅拌叶片(17)，搅拌轴(18)和搅拌叶片(17)设于混合罐体(16)内部，所述液体导出管(5)上设有液体分水器(7)和蠕动泵(10)，液体导出管(5)一端深入至混合罐体(16)底部，另外一端依次贯通连接液体分水器(7)、蠕动泵(10)和立式反应器(19)；所述气体混合罐(1)上设有混气三通阀(2)和气体导出管(3)，所述气体导出管(3)上设有气体分气阀(9)、气管固定器(11)和过滤器(33)，气体导出管(3)上依次贯通连接气体分气阀(9)、气管固定器(11)、过滤器(33)和立式反应器(19)；所述立式反应器(19)包括立式反应器罐体(20)，设置在立式反应器罐体(20)上的超声发生器(34)，以及设置在立式反应器罐体(20)内部的搅拌波轮(23)，所述立式反应器罐体(20)侧壁上设有圆形凹槽(22)，超声发生器(34)嵌合在圆形凹槽(22)内；所述细胞反应器底座(36)上设有磁力电动装置(24)和固定支架(25)，磁力电动装置(24)上设有磁力叶片(26)，磁力叶片(26)和立式反应器(19)固定在固定支架(25)上，磁力叶片(26)与搅拌波轮(23)磁性连接。

2.根据权利要求1所述的一种立体搅拌式生物反应器，其特征在于：所述控制主机(29)上还设有数字显示屏(30)，控制按键(31)和电源指示灯；所述细胞反应器底座(36)上设有转速显示屏(35)和调速旋钮(37)。

3.根据权利要求2所述的一种立体搅拌式生物反应器，其特征在于：所述除菌过滤器(4)与混合罐体(16)内部贯通连接，除菌过滤器(4)与混合罐盖板(13)连接处密封连接。

4.根据权利要求2所述的一种立体搅拌式生物反应器，其特征在于：所述液体导出管(5)与混合罐体(16)内部贯通连接，液体导出管(5)与混合罐盖板(13)连接处密封连接。

5.根据权利要求2所述的一种立体搅拌式生物反应器，其特征在于：所述混气三通阀(2)、气体导出管(3)均和气体混合罐(1)贯通连接，混气三通阀(2)、气体导出管(3)与气体混合罐(1)的连接处均为密封连接。

6.根据权利要求5所述的一种立体搅拌式生物反应器的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种立体搅拌式生物反应器的实施方法，其特征在于，步骤1中灭菌处理的方法为：取出细胞混合罐(8)，其所有管口用洁净布包紧，于高压蒸汽灭菌装置中121℃，时间为30min；载体(12)使用辐照灭菌，辐射剂量为12kgy。

8.根据权利要求7所述的一种立体搅拌式生物反应器的实施方法，其特征在于，步骤1中细胞为3*108个骨髓间充质干细胞，培养基为2l alpha-mem完全培养基，载体(12)为20g。

9.根据权利要求8所述的一种立体搅拌式生物反应器的实施方法，其特征在于，步骤1中加热器(27)的设置温度为37℃，经过混气三通阀(2)混合后的气体中co2体积浓度为5% ，o2体积浓度为21%；步骤2中开启搅拌电机(6)将载体(12)、细胞和培养基充分混合，使细胞贴附于载体(12)上的方法为：开动搅拌电机(6)5rpm慢速搅拌4小时后，正常速度30rpm 搅拌。

10.根据权利要求9所述的一种立体搅拌式生物反应器的实施方法，其特征在于，步骤4中磁力叶片(26)转速调整至40rpm，立体培养时间为5天。

技术总结
一种立体搅拌式生物反应器及其实施方法，包括控制主机、细胞反应器底座和立式反应器，控制主机内设有气体混合罐、细胞混合罐和加热器，细胞混合罐包括混合罐体，以及依次向上设置在混合罐体罐口上的密封垫片和混合罐盖板，混合罐盖板上设有除菌过滤器、搅拌电机和液体导出管，搅拌电机的转轴上同轴连接有搅拌轴，搅拌轴上设有搅拌叶片，搅拌轴和搅拌叶片设于混合罐体内部，液体导出管上设有液体分水器和蠕动泵，液体导出管一端深入至混合罐体底部，另外一端依次贯通连接液体分水器、蠕动泵和立式反应器。

技术研发人员：侯男,王彬,李刚
受保护的技术使用者：深圳刚华健医疗有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13